Inhibición del Oscurecimiento con Mucílago de Nopal (Opuntia ficus

Información Tecnológica
Inhibición
del15-20
Oscurecimiento
con Mucílago de Nopal (Opuntia ficus indica) en el Secado
Vol. 20(4),
(2009)
Aquino
doi:10.1612/inf.tecnol.4082it.08
Inhibición del Oscurecimiento con Mucílago de Nopal
(Opuntia ficus indica) en el Secado se Plátano Roatán
Laura V. Aquino, Juan Rodríguez, Lilia L. Méndez y Kenia F. Torres
Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional, Laboratorio de
Tecnología Agroalimentaria CIIDIR-IPN-Unidad Oaxaca, Hornos 1003, Santa Cruz Xoxocotlán,
71230 Oaxaca, Oaxaca-México
(e-mail: [email protected], [email protected], [email protected])
Resumen
El objetivo de este estudio fue inhibir el oscurecimiento durante el deshidratado de plátano Roatán
(Musa cavendish), usando una solución de mucílago de nopal (Opuntia ficus indica) combinado con
diferentes concentraciones de acido cítrico y bisulfito de sodio. El tratamiento se aplicó siguiendo
un diseño experimental 23, siendo los factores y niveles: pre-tratamiento (mucílago-acido cítricobisulfito de sodio) y concentración (alta y baja). Para el secado se usaron cortes transversales de
plátano de un espesor de 5 mm; una temperatura de 50 °C y una velocidad de aire de 2 ms-1. Se
midió el color antes y después del secado y se consideró como variable respuesta. La combinación
de mucílago con ácido cítrico y bisulfito de sodio a altas concentraciones tuvo un efecto sinérgico
que favorece en la disminución del oscurecimiento del plátano durante el secado. El mucílago formó
una cubierta protectora en la superficie que proporcionó brillo al material deshidratado.
Palabras clave: plátano Roatán, nopal, oscurecimiento, mucilago, pre-tratamiento
Inhibition the Darkening with Cactus Mucilage (Opuntia
ficus indica) during Drying of Banana Roatán
Abstract
The object of this study was inhibiting the browning process during the drying of banana Roatán
(Musa Cavendish) using a solution of cactus mucilage (Opuntia ficus indica) blend with different
concentrations of citric acid and sodium bisulphite. The treatment was applied following an
experimental design 23, using the following factors and levels: pre-treatment (mucilage, citric acid,
sodium bisulphate) and concentration (high and low). For the drying cross sections of banana with
thickness of 5 mm, temperature of 50 °C and air velocity of 2 ms-1 were used. Color before and after
drying was determined and was consider as the response variable. The combination of mucilage,
citric acid and sodium bisulphite at high concentrations had a synergic effect that diminished the
browning of bananas during drying. The mucilage formed an edible coating in the surface that gives
shine to the dried material.
Keywords: banana Roatán, cactus mucilage, browning, mucilage, pre-treatment
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Aquino
INTRODUCCION
En la actualidad los consumidores exigen alimentos preservados lo más parecido a los frescos y que
garanticen una larga duración. El secado de alimentos en un método que permite la conservación de
los alimentos; un alimento deshidratado aceptable debe tener un sabor, color y apariencia
comparable con el fruto fresco ó con productos procesados por otros medios, debe reconstituirse
fácilmente, retener los valores nutritivos y ser estable durante el almacenamiento (Moranga et al.,
2006).
Algunos alimentos requieren de un tratamiento previo al secado, este ayuda a bloquear la acción de
los agentes microbianos ó enzimas que pueden alterar las características originales del alimento. Al
aplicar tratamientos térmicos se generan tonalidades que van desde un ligero amarillo hasta un
intenso café mediante reacciones de Maillard y de caramelización. El uso de inhibidores químicos ha
sido el método común para evitar el oscurecimiento; en estudios realizados se ha encontrado que el
ácido ascórbico, cisteína, acido cítrico, acido acético, son buenos inhibidores del oscurecimiento
enzimático de la pulpa de plátano (Yang y Shuji, 2000). El dióxido de azufre y sulfitos son fuertes
inhibidores de polifenoloxidasas y comúnmente usados en alimentos, sin embargo, su uso tiene
ventajas y desventajas, se usa en casos donde la aplicación de calor cambia la textura ó la pérdida
de sabor, provocando olores y sabores desagradables; y a concentraciones elevadas destruyen
algunas propiedades nutritivas del alimento provocando daños en la salud (McEvily et al., 1992).
La demanda para reducir químicos en el proceso de frutos y vegetales, ha orientado a la búsqueda
de sustancias naturales que reduzcan el ataque microbiano y la oxidación. El uso de películas
comestibles y recubrimientos para la protección y preservación de los alimentos tiene algunas
ventajas: es un producto biodegradable y no contamina (Tharanathan, 2003), prolongan la vida de
anaquel y protegen al alimento del ataque microbiano (Quintavalla y Vinici, 2002), su capacidad para
retardar la humedad, el oxigeno, los aromas, y el transporte de solutos, puede mejorarse con la
inclusión de aditivos tales como antioxidantes, antimicrobianos, colorantes, sabores, fortificadores de
nutrientes y especias en la formulación de la película (Pranoto et al., 2005).
El mucilago de nopal es un polímero compuesto por polisacáridos semejante a las pectinas, ésta
propiedad así como sus características reológicas le dan un potencial como materia prima para la
elaboración de películas plásticas comestibles (Arizmendi, 2004). Del Valle et al. (2005), comprobó
la eficiencia del una película comestible de mucilago de nopal como recubrimiento en fresas
(Fragaria ananassa), observó el incremento de vida útil sin afectar el color y sabor del alimento. Por
lo tanto el objetivo de este estudio fue evaluar el efecto del mucilago del nopal con diferentes
concentraciones de bisulfito de sodio y ácido cítrico como pre-tratamiento a rodajas de plátano
Roatán sometido al secado convectivo con temperatura de 50 °C y velocidad de aire de 2 ms-1.
METODOLOGIA
En la comunidad de Ayoquesco de Aldama perteneciente al municipio de Zimatlán de Álvarez
Oaxaca, en el mes de noviembre se recolectaron en costales 40 cladodios maduros de de Opuntia
ficus indica (1 a 2 años de edad aprox.) y se trasladaron al laboratorio de Tecnologías
Agroalimentarias del CIIDIR-IPN Unidad Oaxaca.
Los cladodios se lavaron con un cepillo para eliminar espinas y polvo; se pesaron 2 kg de cladodios
en una balanza Navigator marca Ohaus (8000 g ±0.5 g), una vez pesados se les retiró la cutícula
con un cuchillo y el parénquima se troceó obteniendo cubos de 9 cm3 aproximadamente. En una
parrilla Thermolyne en una olla se calentaron 1500 mL de agua a temperatura de 94 ± 2°C, dentro
de la olla los trozos se colocaron en una malla metálica y se escaldaron durante 7 min. Concluido el
escalde los trozos se retiraron, se colocaron en un recipiente de plástico y se agregó 2000 mL de
agua destilada (relación 1:1 p/p), dejando macerar por 24 h en un refrigerador domestico Mabe a una
temperatura de 5 ± 2°C, después de la maceración se decanto el mucílago y se centrifugo a 628.32
rads-1 en una centrifuga marca Dynac modelo 228125 durante 10 min, con este proceso se separó el
mucilago de los residuos de nopal. El mucilago extraído se mezcló con acetona (1:2 v/v), el
precipitado se lavó con alcohol iso-propílico (Medina et al., 2000) y se obtuvo una goma que se
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secó a 50 °C en una estufa de vacio marca Shel-Lab modelo 14300, el mucílago seco se almacenó a
temperatura ambiente 24 ± 2°C en bolsas de poliuretano selladas al vacio.
Se probaron diluciones de mucilago deshidratado con viscosidades de 10 a 40 mPas medidas en un
viscosímetro Brookfiel Synchro-Lectric; se observó que con las diluciones de 20 y 35 mPas hubo
mejor adherencia en las rebanadas de plátano, por lo tanto, para viscosidad de 35 mPas se diluyeron
8.5 g de mucilago deshidratado en 1200 mL de agua destilada, para obtener 20 mPas se diluyeron 3
gr de mucilago en 1200 mL.
Para evaluar el efecto del mucilago como inhibidor del oscurecimiento durante el secado de plátano,
se adquirió en un mercado de la ciudad de Oaxaca plátano Roatán (Musa cavendish spp) con etapa
de madurez 7 fruto con tonalidad amarilla y puntos cafés. Del fruto se cortaron rebanadas de 5 ± 0.6
mm de espesor y se sumergieron en una solución de mucilago - acido cítrico y bisulfito de sodio
(Tabla 1) por 15 minutos con la finalidad de que la solución cubriera completamente la rebanada.
Tabla 1. Condiciones de pre-tratamiento de plátano roatán
Pre-tratamiento
Ácido cítrico
(%)
Bisulfito de sodio
(ppm)
Mucílago
(mPas)
1
2
3
4
5
6
7
8
1
1
1
1
0.5
0.5
0.5
0.5
500
500
200
200
500
500
200
200
35
20
35
20
35
20
35
20
Las rebanadas tratadas se colocaron en 4 charolas de 25 x 25, se seleccionaron 10 testigos a los
que se les midieron por triplicados los parámetros de color L* (luminosidad 0=negro y 100=blanco),
a* (-a=verde, +a=rojo), b* (-b=azul, +b=amarillo) de escala CIELAB (con un escáner de color
miniescan Hunter Lab MS/B20005. Como variable respuesta se calculó el valor de ∆E (diferencia
total de color) con la siguiente expresión:
∆E=((∆L*)2+((∆a*)2+((∆b*)2)0.5
(1)
Donde:
(∆L*)2= (L*0-L*)2
(∆a*)2=(a*0-a*)2
(∆b*)2=(b*0-b*)2
(2)
(3)
(4)
Los parámetros L*0, a*0, b*0 son los valores de las muestras con pre-tratamiento y los valores L*, a*,
b* son los valores medidos cada 30 minutos durante el secado.
Las charolas con las muestras se secaron en un secador de túnel (Rodríguez et al., 2001) el aire
fluyó longitudinalmente en las muestras a una velocidad de 2 ms-1, la temperatura de secado fue de
50 °C, por 5 horas. Se utilizó un diseño de experimentos factorial 23, siendo los factores y niveles:
pre-tratamiento (mucílago-acido cítrico-bisulfito de sodio) y concentración (alta y baja), obteniendo
un total de 8 experimentos, se realizó un análisis de varianza con nivel de significancia de 0.05, los
datos fueron procesados en un paquete estadístico NCSS 2001.
RESULTADOS Y DISCUSION
En la figura 1 se presentan los valores del parámetro L*, se observa la pérdida de luminosidad de las
rebanadas de plátano durante el secado, los tratamientos 7 y 8 tuvieron una fuerte disminución de
luminosidad, en los tratamientos 1, 2, 5 la pérdida de luminosidad no fue evidente. Los valores de a*
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indicaron una tendencia a la coloración rojiza indicativo de oscurecimiento, los tratamientos 7, 6, 4, 1,
3 tuvieron mayor oscurecimiento, en el 5 y 1 esta coloración no estuvo tan presente (figura 2).
Durante el secado a los 60 minutos se presentó el mayor incremento de a*, durante el secado los
cambios fueron oscilando el efecto se puede deber a que hay presencia de caramelización,
reacciones de Maillard ó enzimáticas, degradación de pigmentos y oxidación de ácido ascórbico.
Fig. 1: Comportamiento del parámetro de color L* durante el secado de plátano Roatán.
Fig. 2: Comportamiento del parámetro de color a* durante el secado de plátano Roatán.
En la figura 3 se muestra el comportamiento del parámetro b*, los valores positivos indican la
tendencia hacia la coloración amarilla, esta coloración se acentuó en los pre tratamientos 2 y 6, en
los pre tratamientos restantes la coloración se mantuvo en un rango de 31 a 28 para el parámetro b*.
En la figura 4 se presenta el comportamiento de la diferencia total de color ∆E, en las pruebas 1, 5 la
presencia del oscurecimiento es menor, al evaluar individualmente los parámetros de color se
observó que la alta concentración de bisulfito de sodio y ácido cítrico reducen el oscurecimiento del
las rebanadas de plátano, la viscosidad del mucilago solo influye en la luminosidad del material.
McEvily et al. (1992) y Saper (1993) explican el efecto sinérgico de la combinación de bisulfito de
sodio y el ácido ascórbico como agentes reductores de las o-quinonas formadas por la acción
enzimática de los compuestos monofenolicos, formándo de esta forma sulfonatos y sulfatos que
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pueden reducirse nuevamente por la intervención del ácido L-ascórbico, produciendo de esta forma
la regeneración de los sulfitos y disminución del oscurecimiento. Los sulfitos y el acido L-ascórbico
pueden establecer una rápida interacción con el oxigeno, limitando los eventos oxidativos catalizados
por la polifenoloxidasa y peroxidasa.
Fig. 3: Comportamiento del parámetro de color b* durante el secado de plátano Roatán.
Fig. 4: Comportamiento de ∆E durante el secado de plátano Roatán.
Al procesar los resultados en el software NCSS con un alfa de 0.05 se confirmo que a altas
concentraciones de bisulfito de sodio se reduce el oscurecimiento, la interacción entre bisulfito y
mucilago favorecen a la luminosidad de la muestra, ya que el mucilago forma una barrera brillosa en
la superficie de la rebanada. El parámetro significativo fue la concentración de ácido cítrico en los
estudios McEvily et al (1992) observaron que bajas concentraciones de ácido cítrico tienen
propiedades quelantes y acidulantes que propician un ambiente óptimo para la actividad de las
enzimas responsables del oscurecimiento. El análisis estadístico demostró que la inhibición del
oscurecimiento de puede obtener por el efecto sinérgico de los tres factores, de manera
independiente su capacidad inhibidora es mínima o bien puede provocar una efecto desagradable en
la calidad del producto deshidratado, como lo menciona Pranoto et al. (2005) y Millan et al., (2001).
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CONCLUSIONES
En este estudio el uso de mucilago como cubierta protectora proporciono al material brillo, lo cual se
observo en la cinética del parámetro de color L*, la concentración de 500 ppm de bisulfito de sodio
es la adecuada para la reducción del oscurecimiento, la variación en la concentración de ácido cítrico
como agente inhibidor es un factor que influye en el oscurecimiento del material.
Para la reducción del oscurecimiento en rebanadas de plátano Roatán secadas a 50 °C se requirió
de un pre-tratamiento con una solución concentrada de mucilago de nopal (35 mPas), una
concentración de bisulfito de sodio (500 ppm) y de acido cítrico (1%).
Al evaluar el efecto sinérgico de los tres factores del pre-pre-tratamiento se comprobó que el
mucilago de nopal combinado con antioxidantes es una buena alternativa para disminución del
oscurecimiento en el secado de plátano Roatán, además de que forma en el material una cubierta
protectora puede conservar la calidad del material deshidratado durante el almacenamiento .
REFERENCIAS
Arizmendi C. D.; Optimización de dos compuestos plastificantes (Glicerol y Polietilenglicol) en la
elaboración de una película comestible obtenida a partir del mucílago de nopal de la especie Opuntia
tomentosa “Salm-Dyck”, http://www.pncta.com.mx/pages/pncta_investigaciones_ 04h.asp?page=04e12, (2004).
Del Valle V.P., M.A. Hernández y M.J. Guarda; Development of cactus mucilage edible coating
(Opuntia ficus indica) and its application to extend strawberry (Fragaria ananassa) shelf life. Food
Chemistry: 91(4), 751-756 (2005).
McEvily A.J., R. Iyengr y W.S. Otwell; Inhibition of enzymatic browning in foods and beverages
Critical, Reviews in Food Scice and Nutrition: 32, 253-273 (1992).
Medina T.L, D.L.F.E. Brito, S.B. Torrestiana y S. Alonso; Mechanical properties of gels formed by
mixtures of mucilage gum (Opuntia ficus indica) and carrageenans, Carbohydrates polymers: 52(2),
143-150 (2003).
Millan T., R. Felix y T.V. Roa; Uso de la metodología de superficie de respuesta en la evaluación del
pardeamiento en cambur procesado por impregnación al vacio. INC: 26(7), 290-295 (2001).
Moranga G., N. Martínez-Navarrete, y A. Chiralt; Compositional changes of strawberry due to
dehydratation cold storage and freezing thawing processes, Journal of Food Processing and
Preservation: 30(4), 458-474 (2006).
Pranoto Y., V.M. Salokhe y S.K. Rakshit; Physical and antibacterial properties of aliginate based
edible film incorporated with garlic oil, Food Research International: 38 (3), 267-272 (2005).
Quintavalla S. y L. Vinici; Antimicrobial food packaging in meta industry. Meat Science: 62, 373-380
(2002).
Rodríguez R.J., L.L Méndez, A.C. Martínez y N.F. Diego; A closed loop tunnel for drying kinetics,
Research Inter-American dying conference, Boca del Rio Veracruz, México (2001).
Saper G.M.; Browning of foods: control by sulfites, antioxidants and other means. Food Technology:
10, 75-84 (1993).
Tharanathan R.; Biodegradable films and composite coating: past, present, and future. Critical
Review in food, Science and Tecnology,:14, 71-78 (2003).
Yang P.C. y F. Shuji; Purification and characterization of polyphenol oxidase from banana (Musa
sapientum L.), Journal of Agricultural and Food Chemistry: 48(7), 2732-2735 (2000).
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